【正文】 承重結(jié)構(gòu)被美國所廣泛采用，構(gòu)件主要是C或Z型冷彎薄壁型鋼，~(NASFA)專門針對此類型住宅制訂了描述性規(guī)范薄壁鋼骨體系外墻和樓板均采用由超級防腐的高強冷軋或冷彎鍍鋅鋼板制作的輕鋼龍骨為結(jié)構(gòu)承重體系，輕鋼龍骨用鋼的強度指標是33~50KSl(換算成公制是230一340N/mm2）。本工程的場區(qū)地形平坦，地表由素填土堆填而成，地貌單元屬沖積平原類型，根據(jù)廣州市基巖地質(zhì)圖，沒有區(qū)域性斷裂從場地通過。20世紀 50~60 年代，在前蘇聯(lián)的經(jīng)濟技術(shù)援助下，我國鋼結(jié)構(gòu)迎來了第一個初盛期，在工業(yè)廠房、橋梁、大型公共建筑和高聳構(gòu)筑物等方面都取得了卓越的成就，至今仍發(fā)揮著巨大的作用，如鞍鋼、包鋼、武鋼、沈陽飛機制造廠、大連造船廠、北京體育館(跨度57m的兩鉸拱)、人民大會堂( 的鋼屋架)[7]、武漢長江大橋(全長1670m)等等，并且編制了我國第一部鋼結(jié)構(gòu)行業(yè)規(guī)范(規(guī)結(jié)4一54) ，縮小了與發(fā)達國家間的差距，但多、高層民用鋼結(jié)構(gòu)建筑仍然空白。近兩年來，世界鋼鐵產(chǎn)量的增加和國際軍需用鋼量的下降，促使各國拓展了鋼結(jié)構(gòu)使用范圍，各國建筑用鋼量在鋼材總耗用中的比例明顯提高，一般在30%左右，日本在50%左右。鋼結(jié)構(gòu)材料還可利用夜間交通流暢期間運送，不影響城市鬧市區(qū)建筑物周圍的日間交通，噪聲也小。柱的截面尺寸也類似，在多、高層建筑中，鋼柱的截面面積占建筑面積的3%~5%，而混凝土柱的截面面積占建筑面積的6%~9%。我國目前建筑的各種成熟結(jié)構(gòu)體系大多為砌體和鋼筋混凝結(jié)構(gòu)。2006年 3月14日，我國正式提出了第十一個五年計劃綱要，其中明確指出“把節(jié)約資源作為基木國策，發(fā)展循環(huán)經(jīng)濟，保護生態(tài)環(huán)境”，“節(jié)約發(fā)展，清潔發(fā)展”，“實現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展”，“發(fā)展節(jié)能型建筑”。鋼框架與混凝土框架的破壞對比情況，即能說明這一點。正是著眼于鋼結(jié)構(gòu)優(yōu)秀的結(jié)構(gòu)性能、鋼材的環(huán)保性質(zhì)以及發(fā)展鋼結(jié)構(gòu)對相關(guān)產(chǎn)業(yè)的帶動，國家主管部門也積極推廣鋼結(jié)構(gòu)和支持鋼結(jié)構(gòu)相關(guān)技術(shù)的研究。在美國，輕鋼結(jié)構(gòu)體系的分析、設(shè)計理論和方法及制造工藝上已經(jīng)非常完善，開發(fā)了多種專利產(chǎn)品，其專用設(shè)計軟件可在短時間內(nèi)完成設(shè)計、繪圖、工程量統(tǒng)計及工程報價，在制作上也實現(xiàn)了高度的標準化及工廠化[5]。我國鋼結(jié)構(gòu)主要集中應用于工業(yè)廠房、大跨度或高層民用建筑中，鋼結(jié)構(gòu)建筑在全部建筑中的應用比例非常低，還不到1%，而美國、日本、瑞典等國的鋼結(jié)構(gòu)房屋面積己達到總建筑面積的40%以上?；A(chǔ)選用靜壓混凝土預應力管樁，以礫砂殘積土或微風化灰?guī)r作為持力層，樁長25~35m，樁徑400mm，單樁承載力標準值為1200kN 。目前，在北美和日本，針對該體系的一系列配套措施、設(shè)備產(chǎn)品已非常完備，除結(jié)構(gòu)體系的各種原材料、加工機械設(shè)備和連接配件外，從墻體圍護板材、飾面材料、保溫防水材料到配套廚衛(wèi)設(shè)備、固定家具等一應俱全，有上千種部件可供挑選。主要分析計算方法(1) 豎向荷載作用下的近似計算方法一分層計算法[11]多層多跨框架在一般豎向荷載作用下，側(cè)移是比較小的，可以作為無側(cè)移框架按力矩分配法進行內(nèi)力分析。梁柱框架可以是鉸接或半剛接，、梁、樓板傳來的豎向荷載。所以，中心支撐框架被認為具有較大剛度、較高強度但較之鋼結(jié)構(gòu)抗彎框架延性較小。X型支撐中心節(jié)點采用彎曲型消能內(nèi)框(圖2一2f)。由于內(nèi)填滿混凝士，能吸收大量熱能，遭受火災時，能延長柱的耐火時間[14]。當樓面外圈為鉸接框架時，核心筒則承擔樓房的全部水平荷載.(2)水平構(gòu)件進行樓面構(gòu)件布置時，應恰當安排各層樓蓋的梁、板走向，以便讓更多的樓面重力荷載直接傳到核心筒，加大其筒壁的豎向壓應力，以提高核心筒的受剪承載力和抵抗傾覆力矩的能力。通常使用帶敷層的預制混凝土板，因為除了滿足跨度要求外，預制混凝土板的板底也可施工成直接用作天花板。樓板直接支承在相鄰柱列的上下弦上，不需設(shè)樓面梁格，降低層高，節(jié)約造價。采用有混凝土抗側(cè)力體系(如剪力墻、混凝土筒體)時，結(jié)構(gòu)自重也大幅度增加，對抗震和基礎(chǔ)設(shè)計也有不利的一面。(6) 規(guī)范要求。它的一些主要優(yōu)勢是:(1) 施工工藝簡單，取材方便，造價低廉，適用范圍廣。為保證壓型鋼板和混凝土疊合面之間的剪力傳遞，須在壓型鋼板上增加縱向波槽、壓痕或橫向抗剪鋼筋等.《美國鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計手冊》[13]提出的做法是在混凝土板表面下25mm 處放焊接鋼絲網(wǎng)，鋼絲網(wǎng)雖然起不到多少結(jié)構(gòu)上的作用，但它可以最大限度地減少由于混凝土收縮和熱脹冷縮效應引起的開裂，而且對于板在其支座負彎距區(qū)的開裂也能提供一定的控制作用。SP板通過板之間的共同作用可以承受較大的集中荷載。一般無任何保護及覆蓋物的鋼結(jié)構(gòu)的耐火極限只有15分鐘左右的時間，遠遠低于建筑設(shè)計防火規(guī)范的要求。這個名稱含義廣泛，包括所有以包覆法保護鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)件以抵御火災的材料和方法。這種方法從投資上比較經(jīng)濟，因為結(jié)構(gòu)防火造價已基本包含在墻體造價內(nèi)，但會造成建筑墻體加厚，導致有效使用面積減少[20]。不考慮5%偶然偏心。Floor Tower Fx vx(分塔剪重比)(整層剪重比) Mx staticFx (KN) (KN) (KNm) (KN)6 1 (%)(%) 5 1 (%)(%) 4 1 (%)(%) 3 1 (%)(%) 2 1 (%)(%) 1 1 (%)(%) (4)各層Y方向的作用力(CQC):注: Floor層號。MaxDx/h，MaxDy/h—X，Y方向的最大層間位移角。h一層高。圖3一1 Ⅰ區(qū)二層結(jié)構(gòu)布置圖 計算結(jié)果圖3一2 Ⅰ區(qū)二層鋼構(gòu)件應力比簡圖 (1)考慮扭轉(zhuǎn)耦聯(lián)時的振動周期(秒)、X，Y方向的平動系數(shù)、扭轉(zhuǎn)系數(shù)為:振型號 周期 轉(zhuǎn)角 平動系數(shù)(X+Y) 扭轉(zhuǎn)系數(shù)1 (+) 2 (+) 3 (+) 4 (+) 5 (+) 6 (+) 7 (+) 8 (+)) 9 (+) 地震作用最大的方向=(度)(2)風荷載計算結(jié)果:層號 塔號 風荷載X 剪力X 傾覆彎矩X 風荷載Y 剪力Y 傾覆彎矩Y6 1 5 1 4 1 3 1 822，7 2 1 1 1 (3)各層X方向的作用力(CQC):注: Floor層號。教室內(nèi)主梁作加腋處理，加腋部分為H1000x250x10xl4。表2一4鋼構(gòu)件不同防火措施比較[9]外包法膨脹型防火材料墻體屏蔽實體外包板材外包混凝土外包鋼絲網(wǎng)抹灰外包防火石膏板外包薄型厚型價格1520元/m23040元/m260150元/m275100元/m25070元/m2幾乎不增加造價外觀無法體現(xiàn)結(jié)構(gòu)特征表面粗糙需另加處理無法體現(xiàn)結(jié)構(gòu)特征較好體現(xiàn)結(jié)構(gòu)特征，表面美觀較好體現(xiàn)結(jié)構(gòu)特征，表面粗糙結(jié)構(gòu)被墻體掩藏施工狀況濕作業(yè)效率低濕作業(yè)效率低裝配式施工方便涂刷施工方便噴涂施工方便等同于墻體施工占用戶內(nèi)面積外包層厚度至少100mm，占用較多面積外包層厚度至少50mm，占用較多面積占用較多面積幾乎不占戶內(nèi)面積，25mm厚幾乎不占戶內(nèi)面積，23cm厚墻體占用空間大耐火極限標準不同厚度滿足不同要求不同種類及板厚能滿足不同要求不同厚度滿足不同要求以墻體耐火極限為準(3)充水法。鋼結(jié)構(gòu)雖然為非燃燒體，但未加防一火保護的鋼柱、鋼梁、 小時應采用防火保護措施，分別滿足規(guī)范規(guī)定的耐火極限要求。SP預應力空心板樓蓋也有一些不足之處:(1)跨度大，運輸和吊裝的難度也較普通的預應力圓孔板大，容易造成意外損壞。(3)壓型鋼板目前還沒有國家標準，每個生產(chǎn)廠商都有各自的一套技術(shù)資料，給設(shè)計人員帶來不便[18]。在氣溫高的地區(qū)，由于溫度的升高會造成暴露在空氣中的鋼材的溫度拉伸大于混凝土。其次，在內(nèi)部設(shè)計因素方面，本案例為6層建筑，層數(shù)不高，體形規(guī)整，平面不復雜，立面不存在結(jié)構(gòu)突變，適宜采用框架體系。(4)工程造價，也是影響結(jié)構(gòu)體系選用的一個重要因素。以上所列鋼結(jié)構(gòu)體系的幾種類型，各有優(yōu)缺點，具體應用要根據(jù)實際情況，綜合比較，主要應考慮以下幾個方面的因素，并做到技術(shù)先進、經(jīng)濟合理、安全適用和確保質(zhì)量。為了提供額外的強度和剛度，通常對外圍柱子加以調(diào)整以使強軸協(xié)助抵抗延縱向的側(cè)向荷載。在人們致力于為多層住宅建筑提供最小樓層高度的鋼結(jié)構(gòu)體系時，交錯桁架體系發(fā)展起來了。鋼管混凝土結(jié)構(gòu)和鋼骨混凝土結(jié)構(gòu)都是結(jié)構(gòu)框架體系采用鋼與混凝土組合作用，兩種材料相輔相成共同工作，都具有承載力高、抗震性能好、變形能力強的特點。(2)截面尺寸小。(2)偏心支撐偏心支撐(偏交支撐)的特征是:支撐斜桿與梁、柱的軸線不是交匯于一點而是偏離一段距離，形成一個先于支撐斜桿屈服的“消能梁段”，偏心支撐框架的每根桿件應至少有一段與框架梁連接，并在斜桿與梁交點至柱之間或至同一跨內(nèi)另一斜桿與梁交點之間形成消能梁段。各層剛性樓蓋協(xié)調(diào)的結(jié)果使框一撐體系具有一條共同的側(cè)移曲線，從而使框架下部和支撐上部的較大層間側(cè)移角均得以較大幅度的減小。因此該方法在多高層的計算中得到了廣泛的應用。表 2 1 鋼結(jié)構(gòu)民用建筑的最大高度 (m)結(jié)構(gòu)體系抗震設(shè)防烈度6度、7度8度9度框架1109050框架—支撐、框架—墻板220200140簡體和巨型框架300260180該結(jié)構(gòu)設(shè)計理論成熟，設(shè)計施工簡單，節(jié)點構(gòu)造簡單。適用于多層民用房屋的鋼結(jié)構(gòu)體系根據(jù)層數(shù)、抗震等要求可分為薄壁鋼骨體系、純鋼框架結(jié)構(gòu)體系、鋼混結(jié)構(gòu)體系和交錯析架體系。為使所研究的對象具有普遍性、實用性和可比性，本文具體選取了其中的1區(qū)建筑(V軸至X軸)進行分析。18世紀歐洲工業(yè)革命以后，由于鋼鐵工業(yè)的發(fā)展，鋼結(jié)構(gòu)在歐洲各國的應用逐漸增多，范圍也不斷擴大，而我國在1840年鴉片戰(zhàn)爭以后，淪為半封建半殖民地國家，經(jīng)濟停滯不前，鋼結(jié)構(gòu)發(fā)展非常緩慢，與歐美各國差距拉大。目前鋼結(jié)構(gòu)體系開始逐步滲入到對跨度和荷載并無特殊要求的居住建筑領(lǐng)域。鋼結(jié)構(gòu)的施工方式為干式施工，可避免混凝土濕式施工所造成的環(huán)境污染。因此在樓層凈高相同的條件下，鋼結(jié)構(gòu)樓層高度要比混凝土的小，可以減小墻體高度，并節(jié)約室內(nèi)空調(diào)所需的能源，減小房屋維護和使用費用。目前我國的能耗總量己達到世界第一，在提高建筑質(zhì)量的同時必須綜合考慮資源節(jié)約問題，建筑節(jié)能與開發(fā)清潔能源刻不容緩[1]。根據(jù)國外經(jīng)驗，要提高建筑性能實現(xiàn)產(chǎn)業(yè)現(xiàn)代化、標準化、節(jié)能化，符合“十一五”發(fā)展綱要，目前最適宜的結(jié)構(gòu)首推鋼結(jié)構(gòu)。表11 1985年墨西哥地震震害統(tǒng)計[3]結(jié)構(gòu)類型建造年代破壞程度1957年以前19571976年1976年以后合計鋼框架倒塌73010嚴重破壞1102混凝土框架倒塌2751482嚴重破壞1623645制造簡單，施工周期短鋼結(jié)構(gòu)所用的材料多是成品或半成品材料，加工比較簡單，并能夠使用機械操作，易于定型化、標準化，工業(yè)化生產(chǎn)程度高，因此，鋼構(gòu)件一般在專業(yè)化的金屬結(jié)構(gòu)加工廠制作而成，精度高，質(zhì)量穩(wěn)定，勞動強度低。各種專業(yè)規(guī)范、規(guī)程相繼出臺或修訂，如《高層民用建筑鋼結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程》(JGJ99一98) 、《鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范》(GB50017一2003)、《建筑抗震設(shè)計規(guī)范》(GB50011一2001) 等等，標志著我國鋼結(jié)構(gòu)技術(shù)的進一步成熟。在日本，其鋼結(jié)構(gòu)低層住宅已占工業(yè)住宅的71%。同時，我國建筑用鋼在鋼材總產(chǎn)量中的比例也很低，為20%~30%，低于發(fā)達國家的45%~55%，而且我國絕大多數(shù)建筑用鋼是用于鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)和砌體結(jié)構(gòu)中的鋼筋，鋼結(jié)構(gòu)用鋼(板材、型材等)還不到建筑用鋼的2%。小震不壞 、大震不倒、結(jié)構(gòu)體系應具有足夠的強度和剛度，以滿足建筑物在正常使用條件下的相關(guān)要求。在空間設(shè)計上由于采用模數(shù)化設(shè)計，設(shè)計師可根據(jù)業(yè)主要求靈活調(diào)整空間格局，滿足不同生活方式的需要。由精確分析可知，各層荷載對其它層桿件內(nèi)力影響不大，因此，在近似方法中，可將多層框架簡化成單層框架，即分層作力矩分配計算。一般來說，此體系較純框架結(jié)構(gòu)用鋼量少，節(jié)點構(gòu)造較其他體系相對簡單。圖 2一 1所示不同的支撐形式有不同的特點。圖22 幾種偏心支撐一個節(jié)間的構(gòu)造示意[13]計算方法框架一支撐結(jié)構(gòu)體系的計算方法同框架體系的計算方法基本相同，只是其計算簡化有所不同。結(jié)構(gòu)簡介鋼骨混凝土結(jié)構(gòu)是在鋼梁、鋼柱周圍配置鋼筋，澆注混凝土后使鋼骨與混凝土成為共同作用的組合結(jié)構(gòu)構(gòu)件。當核心筒的高寬比值較大時，宜在頂層及每隔若千樓層的設(shè)備層或避難層，沿核心筒的縱、橫墻體所在平面，設(shè)置整層樓高的外伸剛性析